Se vio en el capitulo anterior lo referente a las modulaciones analógicas en las que una señal continua en el tiempo constituye la banda base; veremos ahora las técnicas de modulación usadas para la transmisión de información digital comenzando por la conversión de señales analógicas a dígitos.

Prof: Ing. Diego Satizabal PelaezIngeniero en Electrónica mención ComunicacionesUNEXPO Vicerrectorado BarquisimetoC.A. Metro de CaracaseMail: Diego.Satizabal@gmail.comTlfs: 0412 154 74 19

Debido al desarrollo vertiginoso que tuvo el procesamiento de datos muy especialmente aupado por el desarrollo de dispositivos de calculo basados en circuitos lógicos que manejan información binaria, resulto cada vez mas plausible la idea de llevar una información analógica, constituida por una señal continua que varia en el tiempo, a información digital.

Fotografía del primer microprocesador

Para pasar una información analógica al mundo digital es necesario realizar una operación conocida como Conversión Analógico a Digital (Analogic-to-Digital Conversion o ADC), la cual se basa en el muestreo periódico de la señal de modo que se obtienen dígitos equivalentes al nivel instantáneo de tensión de la señal.

División del eje Y en niveles de tensión y sus respectivos valores

Vref

+

-

. . . .

..

.

R 2R 4R 8R R

B3 B2 B1 B0

Vo = Vref x (B0/8R + B1/4R + B2/2R + B3/R)

Lo mas sencillo es realizar conversión Digital a Analógico a través de un sencillo circuito de arreglo de resistencias que da una tensión de salida que varia de acuerdo al valor binario compuesto por los bits: B0, B1, B2 y B3 (B0 es el LSB)

Esquema de un convertidor Digital – Analógico (DAC)

Señal RealSeñal Digital

DAC

CONTADORBINARIO

S&HControlADC

Señal de Entrada

Esquema de un convertidor Analógico a Digital de aproximaciones sucesivas

Señal Real

Señal Digital

.ΔV

Ejemplo de Ruido de Cuantizacion

Generalmente la velocidad de conversión se mide en Muestras/Segundo (Samples/s)

Esto NO es conversión analógico a digital

Aliasing en conversión analógica-digital

El teorema de Nyquist establece que para reconstruir una señal muestreada se debe muestrear como mínimo a 2 veces la máxima frecuencia de la señal original

Como ejemplo pongamos un canal telefónico en el cual se ha limitado el ancho de banda de la voz al rango de 20 Hz a 4 KHz.

De acuerdo al teorema de Nyquist la frecuencia mínima de muestro debe ser 8 KS/s

Para un convertidor de 8 bits (8 bits por muestra) tendríamos una velocidad de transmisión de 8 (KSamples/s) x 8 (bits/Sample) = 64 Kbps

Tradicionalmente las señales digitales se codifican en “1” y “0” donde un nivel alto de tensión (5 V por ejemplo) representa el “1” y un nivel bajo de tensión (0 V por ejemplo) representa el “0”

Señal Digital

Existe un esquema de codificación en el cual se representa un “0” por un nivel bajo de tensión y un “1” por un nivel alto de tensión, pero si existen dos “1” consecutivos la señal permanece en alto

La codificación Manchester se realiza mediante transiciones entre los niveles de tensión en cada tiempo de bit, de modo que una transición bajo a alto representa un “1” y una transición alto a bajo representa un “0”. Las transiciones suceden en el medio del tiempo de bit.

Otro tipo de codificación de datos binarios es la codificación multinivel, en la cual los bits se agrupan de 2 o mas representando cada uno un nivel de tensión dado, pudiendo existir 2n niveles donde n es la cantidad de bits agrupados.

Ejemplo de codificación multinivel

Del ingles Amplitude-Shift Keying, la modulación ASK consiste en codificar la secuencia de bits “apagando y prendiendo” la portadora, de manera que presencia de señal signifique “0” y ausencia “1” (o viceversa).

Oscilograma de modulación ASK

Como la modulación ASK de alguna forma es similar a la modulación AM puesto que se varia la amplitud de la portadora en función de la señal digital, podemos ver fácilmente que se puede recuperar la información con un detector de envolvente

Como la modulación ASK es similar a la AM, podemos ver que su espectro se parece a esta ultima, y así mismo, el ancho de banda para la transmisión es el doble que el de la banda base.

Ejemplo de señales en modulación FSK

Si usamos una señal codificada en múltiples niveles para modular una señal ASK podemos obtener lo que se conoce como ASK Multinivel, en la cual cada nivel de la señal banda base representa una amplitud diferente en la señal ASK.

ASK Multinivel

La modulación FSK (Del Ingles Frecuency-Shift Keying) consiste en representar en la portadora datos binarios con distintas frecuencias de modo que dadas dos frecuencias f0 y f1, el “0” sea representado por la frecuencia f0 y el “1” sea representado por la frecuencia f1.

Ejemplo de señales en modulación FSK

V = k()

ve vosc

SalidaEntrada

Puede resultar obvio pensar que la demodulación FSK se realice con PLL al igual que en la FM.

La modulación PSK (Del Ingles Phase-Shift Keying) consiste en producir variaciones de fase en la portadora de manera que un cambio de fase dado represente un dato digital.

Ejemplo de señal PSK

Nótese la inversión de fase para representar el “0”

Pero la fase no solo se puede variar 180°, también se pueden introducir cambios de fase de 90°, 45°, etc., de modo que la modulación PSK puede tener distintas variantes de acuerdo al ángulo que varíe la fase. Si hay M cambios de fase, se necesitan combinar n bits de modo que 2n = M. A esta modulación se le denominaría PSK M-aria

Ejemplo de señal PSK

Si se realiza un diagrama de fases en coordenadas polares se obtiene lo que se denomina la “constelación”, que representa la ubicación de cada símbolo en términos de cambio de fase en la portadora.

Constelación 8-PSK o π/4-PSK

32-PSK

Resulta obvio pensar que si se aumenta la cantidad de símbolos representados aumenta la posibilidad de errores al demodular. La medida de errores en la recepción se conoce como Bit Error Rate o VER e indica cuantos bits erróneos hay sobre n bits recibidos..

Ejemplo de señal PSK

Algunas variantes del PSK se conocen con nombres especiales:

Si realizamos una combinación de las técnicas ASK y PSK, de modo que para representar datos se introduzcan variaciones simultaneas de amplitud y fase, obtenemos una modulación que permite enviar mayores cantidades de información a la vez, conocida como QAM o Quadrature Amplitude Modulation.

Constelación 8-QAM

010

001100

011

101

110

000

111

Constelación 64-QAM